无刷电机正弦波驱动原理分析

在上一期芝识课堂里，大家应该已经学会如何用方波驱动让无刷电机运转，下一步我们来一起尝试用正弦波驱动无刷电机，学习如何改变电机工作速度的实战技巧。

正弦波驱动流程

相比方波驱动的结构，正弦波驱动的流程如图1所示。图中可以看到逆变电路包含一个微控制器、一个预驱电路驱动、逆变电路驱动电机和比较器对霍尔传感器的输出进行比较。在正弦波驱动模式中，MCU结合位置信息生成正弦波信号并通过PWM调制后形成新的信号，将此信号输入到逆变器中生成新的电压信号驱动电机工作。在电机工作时采用霍尔传感器检测转子的磁极以确定其位置信息，然后经由比较器输送位置信号到MCU，再由MCU根据新的位置信息生成新的正弦波信号进行下一轮电机驱动信号输出。

图1 正弦波驱动流程示意

注意事项

需要特别注意的是，无刷电机是同步电机，即轴的旋转与供电电流的频率同步，旋转周期完全等于交流周期的整数倍。由于启动时，停止的转子不跟随频率变化，所以无法使用正弦波驱动来启动电机。因此，在启动电机时，需要通过反馈转子位置进行加速操作，反馈的流程分为以下几个步骤。

（1）检测转子位置。

（2）根据转子位置，对线圈缓慢施加正弦电压。

（3）在逐渐增加电压的同时旋转。

（4）根据位置检测传感器的时间，控制正弦波的周期。

（5）转子以一定的转速旋转时，开始稳定运行，以达到目标转速。

在稳定运行状态，通过反馈目标速度偏差，可以保持速度不受负载波动的影响。

工作时，具有正弦波驱动的无刷电机检测转子位置，根据旋转角度将线圈电压转换为正弦波状态，并形成旋转磁场，从而使转子转动。通过对与旋转同步的线圈施加正弦电压，可以使转子连续旋转，如果要实现反向旋转，需要将正弦波U相、V相和W相的顺序进行改变，具体流程可以参考图2。

图2 正弦波驱动转子旋转流程示意

电机有时候需要改变转速来提供更多输出状态，这时候可以通过改变电压来调整无刷电机的转速，比如通过增加电压和提高驱动指令波形的频率来提高转速。要注意的是，无刷电机的驱动指令波形频率是由转子位置检测决定的，如果只提高驱动指令波形的频率，转子将无法跟随旋转，转子会停止；同样如果只增加电压，转子的转速会加快，但驱动指令波形的频率太慢，将无法停止转子。因此必须同时调整电压和驱动指令波形，具体调整转速的方式可以参考图3所示的正弦波调整示意图，加快速度要同时提升电压和加快频率，降速则要减少电压并降低频率。图4则给出了一个改变速度顺序的例子（正弦波驱动），大家可以参考图4的步骤调整正弦波驱动电机的转速。

图3 改变电机速度的波形变化示意图

图4 正弦波驱动改变转速的操作流程示意

相信经过以上几个步骤的实际操作，您已经掌握了旋转电机的基本技巧，并且可以开始进行初级系统设计了！未来，芝识课堂还将分享更多电子知识，帮助大家加速创新！

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